Het leven zien zoals het écht is

We bestaan allemaal uit cellen, heel erg veel cellen, en in elk van die cellen zit ons DNA. Dat is intussen breed bekend. Maar dat DNA doet helemaal geen werk; daarvoor hebben we eiwitten nodig, de machinerie van onze cellen. Onze cellen zitten dan ook volgepropt met allerhande eiwitten, waarvan de sequentie bepaald is door het DNA. De taal van eiwitten is echter anders dan die van DNA. Waar DNA gebruik maakt van vier nucleotide-basen (A, C, T, en G) als bouwstenen, die allemaal chemisch nogal gelijkend zijn, gebruiken eiwitten twintig verschillende aminozuren als bouwstenen, die allemaal verschillende chemische eigenschappen hebben. Die verschillen tussen de aminozuren zorgen ervoor dat er heel veel diversiteit bestaat in de wereld van de eiwitten, net wat je verwacht van werktuigen. Een koffiekop is immers ook heel iets anders dan een televisie. Net die diversiteit maakt het wel heel wat uitdagender om eiwitten te bestuderen. Want waar het ene eiwit bijvoorbeeld netjes oplost in water, lost een ander eiwit dan weer enkel op in vet. Je krijgt deze twee eiwitten dus heel erg moeilijk samen te pakken.

Net als machines afgeregeld, aan- of uitgezet, of zelfs voor meer dan één doel gebruikt kunnen worden, worden ook eiwitten door de cel afgeregeld, aan- of uitgezet, en zelfs van plaats of doel veranderd. En die afregeling gebeurt voornamelijk door het aanhechten of verwijderen van bepaalde chemische groepen, in een proces dat ‘modificatie’ genoemd wordt. Vaak bestudeerde modificaties van eiwitten zijn onder andere fosforylering, gebruikt in een veelheid aan regulerende mechanismen in de cel, en glycosylering, de toevoeging van een boomstructuur van suikers op een eiwit. Er zijn daarnaast echter ook nog heel erg veel andere, minder bestudeerde modificaties van eiwitten, waar we nog bijna niets over weten. Wanneer deze modificaties deel uitmaken van een complex proces, waarbij de cel de touwtjes stevig in handen houdt, kunnen we spreken van ‘biologische modificaties’.

Net als machines kan er ook slijtage optreden bij eiwitten, en die neemt ook de vorm aan van chemische modificatie, maar dan van de ongeplande soort – noem het ‘eiwitroest’. Voorbeelden hiervan zijn oxidatie, waarbij een zuurstofatoom aan een eiwit hecht, en glycatie, waarbij een enkele suikermolecule zich aan een eiwit koppelt. Deze ‘chemische’ modificaties kunnen zonder gevolg blijven, gerepareerd worden, leiden tot afbraak van het eiwit (al kunnen we het misschien beter recyclage noemen), of de functie van het eiwit verstoren. In dat laatste geval is er een probleem, want een slecht functionerende machine kan een gevaar voor de hele cellulaire fabriek betekenen. Het is dan ook niet ondenkbaar dat een bepaalde chemische modificatie op een bepaalde plaats een lawine van verdere problemen veroorzaakt, die uiteindelijk tot het fataal ontsporen van de interne werking van de cel leiden. We denken dan ook dat deze toevallige modificaties aan de basis liggen van een moleculair verouderingsproces, dat op zijn beurt de cellulaire veroudering en uiteindelijk onze veroudering veroorzaakt.

Onze cellen zijn dus echte fabrieken, vol machines (eiwitten) die op gesofisticeerde manieren interageren en afgesteld worden (door biologische modificaties), maar die ook onderhevig zijn aan slijtage, aan roest (chemische modificaties), en die na verloop van tijd grondig kunnen gaan haperen.

Wat hebben we nodig om deze moleculaire machines in detail te leren kennen? Data, heel veel data, over eiwitten: over hun sequentie, die we kunnen verkrijgen uit genoomsequentieprojecten, over hun modificaties, die we kunnen verkrijgen uit massaspectrometrie, over hun driedimensionale vorm(-en), die we kunnen verkrijgen uit nucleaire magnetische resonantie, over hun interacties, waarvoor we een heel arsenaal aan methoden voorhanden hebben, en over hun functies en activiteit, die worden bestudeerd met klassieke, biochemische methoden. En natuurlijk goeie bio-informatica, rijkelijk overgoten met een flinke scheut machine learning en artificiële intelligentie, om al die data te verwerken en te integreren. En eigenlijk hebben we al heel wat (misschien zelfs alles!) wat we nodig hebben om dit te realiseren. De belangrijkste barrières zijn dan ook de nood aan veel geld, en vooral: aan heel veel tijd.

Het is echter mijn grote droom om een volledig inzicht in die complexe en eindeloos fascinerende wereld van de moleculaire machines van het leven te verkrijgen, en meer nog, om er dan een ‘documentaire’ over te draaien; om dit alles te doorgronden en daarna te delen in een begrijpelijk format dat voor iedereen toegankelijk is. Wat een documentaire zou dat zijn! Hoe geweldig om dit te zien werken, en zelfs langzaamaan te zien falen. Het leven, zou je dan eindelijk écht kunnen zeggen, zoals het echt is!

PS: Interessant genoeg kan je nu al filmpjes zien van kleine delen van de wereld van de moleculaire machines; een aantal van die machines die we op individuele basis al in kaart hebben, zijn immers al in animatievorm gegoten.